Co摻雜PbPdO2的制備及其磁學(xué)特性.pdf

1、在自旋電子學(xué)領(lǐng)域中，半金屬以及稀磁半導(dǎo)體一度被認(rèn)為是最具有可能應(yīng)用到器件上的自旋材料，然而通過對(duì)半金屬以及磁性半導(dǎo)體的深入研究發(fā)現(xiàn)，半金屬雖然具有高的自旋極化率但是其自旋弛豫長(zhǎng)度較小，而擁有大自旋弛豫長(zhǎng)度的磁性半導(dǎo)體其自旋極化率較低并且其重復(fù)率很差，而自旋零禁帶半導(dǎo)體將有可能同時(shí)滿足擁有高自旋極化率和大的自旋弛豫長(zhǎng)度。目前，只有PbPdO2基磁性半導(dǎo)體在理論和實(shí)驗(yàn)上證明為零禁帶結(jié)構(gòu)，但是其對(duì)磁性、電性、輸運(yùn)性質(zhì)等尚處于初期。本文對(duì)溶膠凝

2、膠旋涂法制備的摻雜有鈷的鉛鈀氧半導(dǎo)體進(jìn)行系統(tǒng)研究。
　　本文采用溶膠凝膠勻膠法制備Co摻雜PbPdO2納米顆粒膜，研究了煅燒溫度、Co摻雜量以及薄膜厚度等對(duì)薄膜微結(jié)構(gòu)以及磁學(xué)性能的影響，分析了Co摻雜PbPdO2薄膜中高溫鐵磁性來(lái)源的物理機(jī)制，探索了獲得自旋零禁帶結(jié)構(gòu)相關(guān)磁特性的調(diào)控方法。論文完成的主要研究工作和結(jié)果總結(jié)如下:
　　(1)開發(fā)了Co摻雜PbPdO2納米顆粒膜的可控溶膠凝膠+勻膠合成工藝。通過調(diào)整薄膜的煅燒溫度

3、，制備得到單相Co摻雜PbPdO2納米顆粒膜。薄膜中鐵磁性和順磁性共存，且鐵磁性可保持至室溫以上仍然存在。鐵磁性的飽和磁化強(qiáng)度隨溫度的升高而升高，表現(xiàn)出與自旋零禁帶結(jié)構(gòu)相關(guān)的奇特磁現(xiàn)象。Co的X射線吸收譜分析證明，Co摻雜PbPdO2單相薄膜中不存在Co團(tuán)簇，薄膜的室溫鐵磁性為內(nèi)稟鐵磁性。
　　(2)研究了Co摻雜濃度對(duì)PbPd1-xCoxO2(x=0-0.19)納米顆粒薄膜電學(xué)和磁學(xué)性能的影響。發(fā)現(xiàn)樣品具有高于330K的金屬絕緣

4、體轉(zhuǎn)變溫度。樣品的電導(dǎo)率與溫度的變化關(guān)系表明Co摻雜PbPdO2具有零禁帶結(jié)構(gòu)，而Co摻雜引入雜質(zhì)能級(jí)導(dǎo)致導(dǎo)帶底態(tài)密度增加是影響電性變化規(guī)律的物理根源。此外，Co的摻雜濃度對(duì)薄膜磁學(xué)特性影響顯著。所有樣品中均含有超順磁性、順磁性以及可維持到380K的高溫鐵磁性。提高Co摻雜濃度可使順磁性減弱。對(duì)于薄膜呈現(xiàn)的高溫鐵磁性，其飽和磁化強(qiáng)度出現(xiàn)隨著磁場(chǎng)增強(qiáng)而突然下降以及隨著溫度升高而增大的兩個(gè)異?，F(xiàn)象，表明薄膜具有與自旋零禁帶相關(guān)的能帶結(jié)構(gòu)。同

5、步輻射X射線吸收譜的分析表明，薄膜的磁性來(lái)源于Pb空位的存在導(dǎo)致的Pd離子價(jià)態(tài)高于+2以及摻雜所引入的Co離子。
　　(3)研究了薄膜厚度對(duì)Co摻雜PbPdO2納米顆粒膜磁性的影響。發(fā)現(xiàn)不同厚度的薄膜中均含有順磁性和室溫以上的鐵磁性，且鐵磁性隨著薄膜厚度的增加逐漸增強(qiáng)。但是在厚度較薄的薄膜中，存在飽和磁化強(qiáng)度隨磁場(chǎng)增大而突然下降以及飽和磁化強(qiáng)度隨溫度升高略有增加的兩個(gè)奇特現(xiàn)象，表明低厚度薄膜具有與自旋零禁帶相關(guān)的能帶結(jié)構(gòu)。隨著厚度